KR20220042507A - 농도 구배 소자 - Google Patents

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KR20220042507A
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Abstract

분석 대상을 제1 농도로 포함하는 제1 유체가 유입되는 제1 유입부, 상기 제1 유입부로 유입된 제1 유체가 유출되는 제1 유출부, 및 상기 제1 유입부로 유입된 제1 유체가 상기 제1 유출부를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공하는 소스 채널 바디를 포함하는, 소스 채널, 상기 분석 대상을 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 포함하는 제2 유체가 유입되는 제2 유입부, 상기 제2 유입부로 유입된 제2 유체가 유출되는 제2 유출부, 및 상기 제2 유입부로 유입된 제2 유체가 상기 제2 유출부를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공하는 싱크 채널 바디를 포함하는, 싱크 채널, 상기 소스 채널 바디와 상기 싱크 채널 바디의 유동 경로 사이에 배치되되, 상기 소스 채널 바디의 제1 농도와 상기 싱크 채널 바디의 제2 농도 간의 농도 차이에 의해, 상기 분석 대상이 이동 검출되는, 검출 채널, 및 상기 소스 채널의 제1 유입부와 상기 싱크 채널의 제2 유입부를 연통시키는 제1 압력 균형 채널 및 상기 소스 채널의 제1 유출부와 상기 싱크 채널의 제2 유출부를 연통시키는 제2 압력 균형 채널 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는, 압력 균형 채널로 구성된 농도 구배 소자가 제공된다.

Description

농도 구배 소자{Concentration gradient generator}
본 발명은 농도 구배 소자에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는, 소스 채널의 유체와 싱크 채널의 유체 간의 압력 변화의 양이 줄어들도록 조절하는 농도 구배 소자에 관련된 것이다.
미세 유체 소자는, 수 마이크론부터 수 백 마이크론 단위의 미세 채널 내부로 분석 대상 예를 들어, 소량의 혈액, 시약, 세포배양액 등의 바이오 유체를 흘려줌으로써, 세포 단위의 반응을 신속하게 분석하는데 이용될 수 있다.
이에 따라, 종래에는 미세 유체 소자를 이용해 세포 단위의 반응을 분석하는 방법이 이용되고 있다.
예를 들어, 다공성 멤브레인 인서트를 이용한 방법은, 수 마이크론 크기의 다공성 멤브레인에 시약을 제공함에 따라, 다공성 멤브레인을 통해 시약의 확산을 억제하면서, 세포 단위의 반응을 분석할 수 있다.
하지만, 이러한 다공성 멤브레인 인서트를 이용하는 경우, 세포의 이동 현상을 관찰할 수 없으며, 시간의 흐름에 따른 시약의 확산에 따라 미세 채널 내부의 농도 구배가 감소하는 문제가 있다.
이에 따라, 미세 채널 내부의 농도 구배가 유지되는 농도 구배 소자가 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 소스 채널의 유체와 싱크 채널의 유체 간의 압력 변화의 양이 줄어들도록 조절하는, 농도 구배 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 검출 채널 바디의 폭 방향을 따라 형성된 미리 정해진 범위의 선형성이 유지되는, 농도 구배 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 펌프가 불필요한, 농도 구배 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 농도 구배 소자를 공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 농도 구배 소자는, 분석 대상을 제1 농도로 포함하는 제1 유체가 유입되는 제1 유입부, 상기 제1 유입부로 유입된 제1 유체가 유출되는 제1 유출부, 및 상기 제1 유입부로 유입된 제1 유체가 상기 제1 유출부를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공하는 소스 채널 바디를 포함하는, 소스 채널, 상기 분석 대상을 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 포함하는 제2 유체가 유입되는 제2 유입부, 상기 제2 유입부로 유입된 제2 유체가 유출되는 제2 유출부, 및 상기 제2 유입부로 유입된 제2 유체가 상기 제2 유출부를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공하는 싱크 채널 바디를 포함하는, 싱크 채널, 상기 소스 채널 바디와 상기 싱크 채널 바디의 유동 경로 사이에 배치되되, 상기 소스 채널 바디의 제1 농도와 상기 싱크 채널 바디의 제2 농도 간의 농도 차이에 의해, 상기 분석 대상이 이동 검출되는, 검출 채널, 및 상기 소스 채널의 제1 유입부와 상기 싱크 채널의 제2 유입부를 연통시키는 제1 압력 균형 채널 및 상기 소스 채널의 제1 유출부와 상기 싱크 채널의 제2 유출부를 연통시키는 제2 압력 균형 채널 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는, 압력 균형 채널로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유체의 압력 또는 상기 제2 유체의 압력 중에서 적어도 어느 하나의 유체의 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 압력 균형 채널에는, 상기 유체의 압력 변화의 양이 줄어들도록 상기 유체의 압력 변화에 상응하는 유동이 발생될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 압력 균형 채널이 상기 제1 압력 균형 채널을 포함하고, 상기 소스 채널의 제1 유입부 또는 상기 싱크 채널의 제2 유입부 중에서 적어도 어느 하나의 유입부에서 유체 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 제1 압력 균형 채널에는 상기 유체 압력 변화의 양이 줄어들도록 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동이 발생되고, 상기 압력 균형 채널이 상기 제2 압력 균형 채널을 포함하고, 상기 소스 채널의 제1 유출부 또는 상기 싱크 채널의 제2 유출부 중에서 적어도 어느 하나의 유츨부에서 유체 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 제2 압력 균형 채널에는 상기 유체 압력 변화의 양이 줄어들도록 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동이 발생될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 압력 균형 채널 내부의 저항은, 상기 소스 채널 및 상기 싱크 채널 내부의 저항보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 분석 대상이 상기 소스 채널 바디에서 상기 싱크 채널 바디로 유동되는 경우, 상기 검출 채널의 폭 방향을 따라, 상기 분석 대상의 농도가 미리 정해진 범위의 선형성을 가지며 분포될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 검출 채널은, 생체 물질이 유입되는 제3 유입부, 상기 제3 유입부로 유입된 생체 물질이 유출되는 제3 유출부, 및 상기 제3 유입부로 유입된 생체 물질이 상기 제3 유출부를 향해 유동되는 유동 경로를 제공하는 검출 채널 바디로 구성되고, 상기 생체 물질이 상기 제3 유입부를 통해 유입되고, 상기 검출 채널 바디가 상기 생체 물질로 채워진 경우, 상기 제3 유입부 및 상기 제3 유출부는 폐쇄될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 채널 바디와 상기 싱크 채널 바디는, 상기 검출 채널 바디를 사이에 두고 병렬로 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 생체 물질은, 생체를 구성하는 세포 및 조직 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 분석 대상을 제1 농도로 포함하는 제1 유체가 유입되는 제1 유입부, 상기 제1 유입부로 유입된 제1 유체가 유출되는 제1 유출부, 및 상기 제1 유입부로 유입된 제1 유체가 상기 제1 유출부를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공하는 소스 채널 바디로 구성된, 소스 채널, 상기 분석 대상을 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도로포함하는 제2 유체가 유입되는 제2 유입부, 상기 제2 유입부로 유입된 제2 유체가 유출되는 제2 유출부, 및 상기 제2 유입부로 유입된 제2 유체가 상기 제2 유출부를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공하는 싱크 채널 바디로 구성된, 싱크 채널, 상기 소스 채널 바디와 상기 싱크 채널 바디의 유동 경로 사이에 배치되되, 상기 소스 채널 바디의 제1 농도와 상기 싱크 채널 바디의 제2 농도 간의 농도 차이에 의해, 상기 분석 대상이 이동 검출되는, 검출 채널, 및 상기 소스 채널의 제1 유입부와 상기 싱크 채널의 제2 유입부를 연통시키는 제1 압력 균형 채널 및 상기 소스 채널의 제1 유출부와 상기 싱크 채널의 제2 유출부를 연통시키는 제2 압력 균형 채널 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는, 압력 균형 채널을 포함하는 농도 구배 소자가 제공될 수 있다.
이에 따라, 상기 압력 균형 채널에 의해, 소스 채널의 유체와 싱크 채널의 유체 간의 압력 변화의 양이 줄어들 수 있다.
또한, 상기 압력 균형 채널에 의해, 상기 검출 채널 바디의 폭 방향을 따라 형성된 미리 정해진 범위의 선형성이 유지될 수 있다.
나아가, 상기 압력 균형 채널에 의해, 소스 채널의 유체와 싱크 채널의 유체 간의 압력 변화의 양이 줄어들고, 상기 검출 채널 바디의 폭 방향을 따라 형성된 미리 정해진 범위의 선형성이 유지되므로, 소스 채널의 유체와 싱크 채널의 유체 간의 압력 변화를 감소시키기 위한 펌프가 불필요한 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자 소자를 이용한 실험 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 게재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
이하에서 설명되는 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자는, 별도의 설명이 없더라도 미세 유체 소자일 수 있다.
여기에서 미세 유체 소자라 함은, 수 마이크론부터 수 백 마이크론 단위의 폭 및 높이를 가지는 미세 채널로 구성된 유체 소자를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
이러한 미세 유체 소자를 이용하는 경우, 수 마이크론부터 수 백 마이크론 단위의 미세채널 내부로 소량의 혈액, 시약, 세포배양액 등 바이오 유체를 흘려주며, 분자단위에서 세포단위의 반응을 신속하게 분석할 수 있다.
미세 유체 소자는 낮은 종횡비로 제작되어 부피 대비 반응이 일어나기 용이한 넓은 표면적을 가질 수 있다.
이에 따라, 미세 유체 소자는 반응 부피 내에 온도 및 농도 편차가 최소화되어, 시료 분석에 있어서 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한 미세 유체 소자는, 상술된 바와 같이 넓은 표면적을 가지기 때문에, 소량의 시료만으로도 신속한 분석이 가능할 수 있다.
따라서, 미세 유체 소자는 현장 진단 및 대용량 생화학분석에 폭넓게 활용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자가 설명된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 농도 구배 소자(1000)는, 소스 채널(100), 싱크 채널(200), 검출 채널(300), 및 압력 균형 채널(400) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이하, 각 구성이 상세히 설명된다.
상기 소스 채널(100)에는 분석 대상을 제1 농도로 포함하는 제1 유체가 흐를 수 있다.
여기에서 분석 대상이라 함은, 세포의 이동성을 관찰해야 하는 생물학 및 생화학 분야에서 분석되어야 할 대상, 예를 들어, 독성 물질, 약물, 주화성 인자(chemoattractant) 등을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
이를 위해, 상기 소스 채널(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 유입부(110), 제1 유출부(130), 및 소스 채널 바디(120) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 유입부(110)로, 상기 분석 대상을 제1 농도로 포함하는 제1 유체가 유입될 수 있다.
상기 소스 채널 바디(120)는, 상기 제1 유입부(110)로 유입된 제1 유체가 상기 제1 유출부(130)를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공할 수 있다.
상기 제1 유출부(130)는, 상기 제1 유입부(110)로 유입되어 상기 소스 채널 바디(120)의 유동 경로를 통해 유동된 상기 제1 유체를 유출시킬 수 있다.
이때, 상기 제1 유체의 높이는, 상기 제1 유출부(130, Hso3)에서보다 상기 제1 유입부(110, Hso1)에서 높을 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 유입부(110)로 유입된 상기 제1 유체는 상기 소스 채널 바디(120)의 유동 경로를 따라 상기 제1 유출부(130)를 향하여 유동될 수 있는 것이다.
상기 싱크 채널(200)에는, 상기 분석 대상을 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 포함하는 제2 유체(Psi2)가 흐를 수 있다.
이를 위해, 상기 싱크 채널(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 유입부(210), 제2 유출부(230), 및 싱크 채널 바디(220) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 유입부(210)로, 상기 제2 유체가 유입될 수 있다.
상기 싱크 채널 바디(220)는, 상기 제2 유입부(210)로 유입된 제2 유체가 상기 제2 유출부(230)를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공할 수 있다.
상기 제2 유출부(230)는, 상기 제2 유입부(210)로 유입되어 상기 싱크 채널 바디(220)의 유동 경로를 통해 유동된 상기 제2 유체를 유출시킬 수 있다.
이때, 상기 제2 유체의 높이는, 상기 제2 유출부(230, Hsi3)에서보다 상기 제2 유입부(210, Hsi1)에서 높을 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 유입부(210)로 유입된 상기 제2 유체는 상기 싱크 채널 바디(220)의 유동 경로를 따라 상기 제2 유출부(230)를 향하여 유동될 수 있는 것이다.
한편, 상기 소스 채널 바디(120)의 제1 유체 및 상기 싱크 채널 바디(220)의 제2 유체는 같은 방향(Dsi = DSo)으로 유동될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 소스 채널 바디(120)의 제1 유체는 상기 제1 유입부(110)로부터 상기 제1 유출부(130) 방향(Dso)으로, 상기 싱크 채널 바디(220)의 제2 유체는 상기 제2 유입부(210)로부터 상기 제2 유출부(230) 방향(Dsi)으로 유동될 수 있다.
상기 검출 채널(300)을 통해 상기 분석 대상이 이동 검출될 수 있다.
이를 위해, 상기 검출 채널(300)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제3 유입부(310), 제3 유출부(330), 및 검출 채널 바디(320) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제3 유입부(310)에는, 생체 물질(Ti)이 유입될 수 있다.
여기에서 생체 물질(Ti)이라 함은, 생체를 구성하는 세포 및 조직 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 생체 물질(Ti)은, 콜라겐, 피브리노겐, 및 알지네이트 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 검출 채널 바디(320)는, 상기 제3 유입부(310)로 유입된 생체 물질이 상기 제3 유출부(330)를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공할 수 있다.
상기 제3 유출부(330)는, 상기 제3 유입부(310)로 유입되어 상기 검출 채널 바디(320)의 유동 경로를 통해 유동된 상기 생체 물질을 유출시킬 수 있다.
한편, 상기 생체 물질이 상기 제3 유입부(310)를 통해 유입되고, 상기 검출 채널 바디(320)가 상기 생체 물질로 채워진 경우, 상기 제3 유입부(310) 및 상기 제3 유출부(330)는 폐쇄될 수 있다.
이에 따라, 상기 검출 채널 바디(320) 내에 채워진 상기 생체 물질의 유동이 최소화될 수 있다.
따라서, 상기 검출 채널(300)을 통해 상기 분석 대상이 이동 검출되는데 있어서, 정확도가 향상될 수 있음은 물론이다.
또는 다른 예를 들어, 상기 검출 채널(300) 내부에서 세포가 배양될 수도 있다.
이 경우, 상기 검출 채널(300) 내부에서 세포가 배양되어, 상기 검출 채널 바디(320)가 상기 세포로 채워진 경우, 상기 제3 유입부(310) 및 상기 제3 유출부(330)는 폐쇄될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 2를 참조하여, 상기 검출 채널(300)에서 상기 분석 대상의 이동 검출에 대해 상세히 설명하기로 한다.
상기 분석 대상의 이동 검출을 위해, 상기 검출 채널(300)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 소스 채널 바디(120)와 상기 싱크 채널 바디(220)의 유동 경로 사이에 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 소스 채널 바디(120)와 상기 싱크 채널 바디(220)는, 상기 검출 채널 바디(320)를 사이에 두고 병렬로 배치될 수 있다.
이때, 상기 검출 채널(300)을 사이에 두고, 상기 소스 채널 바디(120)의 제1 유체의 압력(Pso2)과 상기 싱크 채널 바디(220)의 제2 유체의 압력(Psi2)은 미리 정해질 수 있다.
예를 들어, 상기 소스 채널 바디(120)의 제1 유체의 압력(Pso2)과 상기 싱크 채널 바디(220)의 제2 유체의 압력(Psi2)은 동일하게 세팅될 수 있다(Pso2=Psi2).
이때, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 싱크 채널(200)의 제2 유체는, 상기 소스 채널(100) 제1 유체의 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 상기 분석 대상을 포함하는 바, 상기 분석 대상을 포함하는 제1 유체가 상기 제1 유입부(110)로 유입되는 경우, 상기 소스 채널 바디(120)의 제1 농도와 상기 싱크 채널 바디(220)의 제2 농도 간의 농도 차이에 의해, 상기 분석 대상이 상기 소스 채널 바디(120)로부터 상기 싱크 채널 바디(220)로 이동될 수 있다.
이때, 상기 분석 대상은, 상기 소스 채널 바디(120)와 상기 싱크 채널 바디(220)의 유동 경로 사이에 배치된 상기 검출 채널 바디(320)를 통해서 농도 구배를 가지며 분포될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 분석 대상이 상기 소스 채널 바디(120)에서 상기 싱크 채널 바디(220)로 유동되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 검출 채널 바디(320)의 폭 방향(MD)을 따라, 상기 분석 대상의 농도(C)가 미리 정해진 범위의 선형성(Ln)을 가지며 분포될 수 있다.
여기에서 선형성(Ln)을 가지는 것의 의미는, 도 2에 도시된 바와 같이, 분석 대상의 선형적 농도 구배에 따른 단일 well 단위(W1, W2, ?? Wn)의 검출을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 1회의 실험을 통해서도 분석 대상의 단일 well 단위(W1, W2, … Wn)의 분석이 가능함은 물론이다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따르면 상기 분석 대상이 상기 소스 채널 바디(120)에서 상기 싱크 채널 바디(220)로 유동되는 lateral flow를 가지며, lateral position 별 단위 well 분석이 가능한 것이다.
또한, 상기 분석 대상의 농도(C)가 미리 정해진 범위의 선형성(Ln)을 가짐에 따라, 분석 대상 예를 들어, 약물 농도에 따른 독성 실험에 있어서 신뢰성이 향상될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자(1000)는 상기 압력 균형 채널(400)을 포함할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 상기 압력 균형 채널(400)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
상기 압력 균형 채널(400)에는, 상기 제1 유체의 압력 또는 상기 제2 유체의 압력 중에서 적어도 어느 하나의 유체의 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 유체의 압력 변화의 양이 줄어들도록 상기 유체의 압력 변화에 상응하는 유동이 발생될 수 있다.
여기에서 제1 유체의 압력 변화가 발생되는 것은, 상기 제1 유체가 유동되는 상기 소스 채널(100)의 제1 유입부(110)에 유입된 제1 유체 및 제1 유출부(130)로 유출된 제1 유체 중에서 적어도 어느 하나에 압력 변화가 발생된 것을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
또는, 여기에서 제2 유체의 압력 변화가 발생되는 것은, 상기 제2 유체가 유동되는 상기 싱크 채널(200)의 제2 유입부(210)에 유입된 제2 유체 및 제2 유출부(230)로 유출된 제2 유체 중에서 적어도 어느 하나에 압력 변화가 발생된 것을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
이를 위해, 상기 압력 균형 채널(400)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 압력 균형 채널(400a) 및 제2 압력 균형 채널(400b) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 압력 균형 채널(400a)은, 상기 소스 채널의 제1 유입부(110)와 상기 싱크 채널의 제2 유입부(210)를 연통시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 압력 균형 채널(400a)에는, 상기 제1 유입부(110) 또는 상기 제2 유입부(210) 중에서 적어도 어느 하나의 유입부에서 유체 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동이 발생될 수 있다.
따라서, 상기 제1 압력 균형 채널(400a)은, 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동을 통해, 상기 유체 압력 변화의 양(Δ(Pso1- Psi1))이 줄어들도록 조절할 수 있는 것이다.
상기 제2 압력 균형 채널(400b)은, 상기 소스 채널의 제1 유출부(130)와 상기 싱크 채널의 제2 유출부(230)를 연통시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 압력 균형 채널(400b)에는, 상기 제1 유출부(130) 또는 상기 제2 유출부(230) 중에서 적어도 어느 하나의 유출부에서 유체 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동이 발생될 수 있다.
따라서, 상기 제2 압력 균형 채널(400b)은, 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동을 통해, 상기 유체 압력 변화의 양(Δ(Pso3- Psi3)이 줄어들도록 조절할 수 있는 것이다.
상기 제1 압력 균형 채널(400a)에 의한 상기 제1 유입부(110)와 상기 제2 유입부(210) 간의 압력 변화의 양(Δ(Pso1- Psi1)) 및 상기 제2 압력 균형 채널(400b)에 의한 상기 제1 유출부(130)와 상기 제2 유출부(230) 간의 압력 변화의 양(Δ(Pso3- Psi3))이 모두 줄어드는 경우, 상기 소스 채널 바디(120)와 상기 싱크 채널 바디(220) 간의 압력 변화의 양(Δ(Pso2- Psi2))이 줄어들 수 있다.
또는, 상기 제1 압력 균형 채널(400a)에 의한 상기 제1 유입부(110)와 상기 제2 유입부(210) 간의 압력 변화의 양(Δ(Pso1- Psi1)) 및 상기 제2 압력 균형 채널(400b)에 의한 상기 제1 유출부(130)와 상기 제2 유출부(230) 간의 압력 변화의 양(Δ(Pso3- Psi3)) 중에서 적어도 어느 하나가 줄어들 수도 있다.
여기에서, 압력 변화의 양이 줄어드는 것은, 압력 변화의 양이 미리 정해진 범위 내에 있도록 조절되는 것을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 종래의 농도 구배 소자와는 달리, 소스 채널의 제1 유체와 싱크 채널의 제2 유체 간의 압력 변화를 감소시키기 위한 펌프가 불필요한 장점이 있다.
종래의 방법과 같이 펌프가 필요한 경우, 추가 설비에 의한 경제적 문제, 펌프 사이즈에 의한 소형화의 문제, 및 펌프의 소음/진동의 문제 등이 수반될 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 펌프가 불필요하므로, 농도 구배 소자의 소형화, 비용 절감, 및 소음/진동 발생 최소화 효과를 제공할 수 있다.
한편, 상기 제1 압력 균형 채널(400a) 내부의 저항은, 상기 제1 유입부(110)와 상기 제2 유입부(210) 내부의 저항보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 압력 균형 채널(400a) 내부의 저항은, 상기 제1 유입부(110)와 상기 제2 유입부(210) 내부의 저항보다 1배 내지 100배 미만으로 작을 수 있다.
이에 따라, 상기 압력 균형 채널(400a)에는, 상기 제1 유입부(110) 또는 상기 제2 유입부(210) 중에서 적어도 어느 하나의 유입부에서 유체 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동이 발생되되, 상기 발생된 유동에 의해, 상기 제1 유입부(110)와 상기 제2 유입부(210) 간의 압력 변화의 양(Δ(Pso1- Psi1))이 줄어들 수 있는 것이다.
한편, 상기 제2 압력 균형 채널(400b) 내부의 저항은, 상기 제1 유출부(130)와 상기 제2 유출부(230) 내부의 저항보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 압력 균형 채널(400b 내부의 저항은, 상기 제1 유출부(130)와 상기 제2 유출부(230) 내부의 저항보다 1배 내지 100배 미만으로 작을 수 있다.
이에 따라, 상기 압력 균형 채널(400b)에는, 상기 제1 유출부(130) 또는 상기 제2 유출부(230) 중에서 적어도 어느 하나의 유출부에서 유체 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동이 발생되되, 상기 발생된 유동에 의해, 상기 제1 유출부(130)와 상기 제2 유출부(230) 간의 압력 변화의 양(Δ(Pso3- Psi3))이 줄어들 수 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자를 이용한 실험 예가 설명된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자 소자를 이용한 실험 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 농도 구배 소자(1000)는, 상기 소스 채널(100), 상기 싱크 채널(200), 상기 검출 채널(300), 및 상기 압력 균형 채널(400) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있음은 물론이다.
본 실험 예에서, 상기 소스 채널(100), 상기 싱크 채널(200), 상기 검출 채널(300), 및 상기 압력 균형 채널(400)의 폭은 10 μm 이상 5 mm 이하일 수 있다.
또한, 본 실험 예에서, 상기 소스 채널(100), 상기 싱크 채널(200), 상기 검출 채널(300), 및 상기 압력 균형 채널(400)의 높이는 10 μm 이상 1 mm 이하일 수 있다.
상기 농도 구배 소자(1000)를 이용한 실험을 위해, 먼저 상기 제1 유입부(110) 및 상기 제2 유입부(210)에 상기 제2 유체가 유입될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 유입부(110) 및 상기 제2 유입부(210)로 유입된 상기 제2 유체는, 각각 상기 소스 채널 바디(120) 및 싱크 채널 바디(220)의 유동 경로를 따라 상기 제1 유출부(130) 및 상기 제2 유출부(230)로 유동될 수 있다.
본 실험 예에서 상기 제2 유체는 예를 들어, PBS(Phosphate-buffered saline) 용액일 수 있다. 또는 다른 예를 들어, 상기 제2 유체는 0.1% BSA(Bovine serum albumin)를 포함하는 PBS 용액일 수도 있다.
상기 제1 유입부(110), 상기 제1 유출부(130), 상기 제2 유입부(210), 및 상기 제2 유출부(230)가 상기 제2 유체로 모두 채워지면, 상기 제2 유체 유입이 중단될 수 있다.
이후, 상기 제1 유입부(110)에 상기 분석 대상을 포함하는 제1 유체가 유입될 수 있다.
본 실험 예에서 상기 제1 유체는 예를 들어, 초록 형광 색의 FITC-dextran 10kDa가 녹아있는 PBS 완충용액일 수 있다.
이때, 상기 제1 유입부(110)에 유입되는 상기 제1 유체의 유입량은 사용자가 설정한 농도가 되도록 용이하게 변경될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 제1 유출부(130) 및 상기 제2 유출부(230)에는 미량의 상기 제2 유체가 지속적으로 유입될 수도 있다.
여기에서 미량이라 함은, 상기 제1 유출부(130) 및 상기 제2 유출부(230)가 마르지 않을 정도의 양을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
즉, 상기 제1 유출부(130) 및 상기 제2 유출부(230)에 미량의 상기 제2 유체가 지속적으로 유입됨에 따라, 상기 제1 유입부(110)로부터 상기 제1 유출부(130)를 향한 유체의 유동 및 상기 제2 유입부(210)로부터 상기 제2 유출부(230)를 향한 유체의 유동이 지속적으로 형성될 수 있는 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 상기 싱크 채널(200)의 제2 유체는, 상기 소스 채널(100) 제1 유체의 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 상기 분석 대상을 포함하는 바, 상기 분석 대상을 포함하는 제1 유체가 상기 제1 유입부(110)로 유입되는 경우, 상기 소스 채널 바디(120)의 제1 농도와 상기 싱크 채널 바디(220)의 제2 농도 간의 농도 차이에 의해, 상기 분석 대상이 상기 소스 채널 바디(120)로부터 상기 싱크 채널 바디(220)로 이동될 수 있다.
이때, 상기 압력 균형 채널은, 상술된 바와 같이, 상기 소스 채널 바디(120)의 제1 유체와 상기 싱크 채널 바디(220)의 제2 유체 간의 압력 변화의 양이 줄어들도록 조절하는 바, 상기 분석 대상의 농도(C)는, 도 6의 (e) 내지 (h)에 도시된 바와 같이, 상기 검출 채널 바디(320)의 폭 방향(MD)을 따라, 미리 정해진 범위의 선형성을 가지며 분포될 수 있다.
여기에서 미리 정해진 범위의 선형성이라 함은, 도 6의 (e) 내지 (h)에 도시된 실험 예의 선형성과 같이 어느 정도의 떨림은 선형적인 것으로 이해되는 것을 포함할 수 있다.
도 5의 (e) 내지 (h)를 참조하면, 본 발명 실험 예의 경우, 시간이 경과되어도, 상기 검출 채널 바디(320)의 폭 방향(MD)을 따라 초기에 형성된 상기 분석 대상의 농도 구배가 유지되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 이와는 달리, 도 5의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 압력 균형 채널을 포함하지 않는 비교 예의 경우, 시간이 경과되는 경우, 상기 검출 채널 바디의 폭 방향을 따라 초기에 형성된 상기 분석 대상의 농도 구배가 유지되지 못하고, 소스 채널 및 싱크 채널 중에서 어느 한 쪽을 향해 농도가 치우치는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6의 (e) 내지 (h)를 참조하면, 본 발명 실험 예의 경우, 시간이 경과되어도, 상기 검출 채널 바디(320)의 폭 방향(MD)을 따라 형성된 상기 미리 정해진 범위의 선형성이 유지되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 이와는 달리, 도 5의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 압력 균형 채널을 포함하지 않는 비교 예의 경우, 상기 검출 채널 바디의 폭 방향을 따라 상기 미리 정해진 범위의 선형성이 형성되지 못하거나, 시간이 경과되는 경우, 상기 검출 채널 바디의 폭 방향을 따라 형성된 선형성이 유지되지 못하는 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 농도 구배 소자(1000) 및 그를 이용한 실험 예가 설명되었다.
상기 농도 구배 소자(1000)는, 세포를 자극하는 시료의 농도 구배를 일정하게 유지하며 세포의 이동성을 장시간 관찰해야 하는 세포 독성 평가, 암세포의 이동을 억제하는 항암제의 개발과정에서의 성능평가, 및 주화성 인자(chemoattractant)의 농도에 따른 세포의 이동성 분석에 활용될 수 있다.
나아가, 상기 농도 구배 소자(1000)는, 상술된 활용분야에 한정되지 않고, 시약의 농도 구배를 일정하게 유지하며 세포의 단위의 이동 현상을 관찰해야 하는 생물학 및 생화학 분야의 분석 기술에 적용 가능함은 물론이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 소스 채널
200; 싱크 채널
300: 검출 채널
400: 압력 균형 채널

Claims (8)

  1. 분석 대상을 제1 농도로 포함하는 제1 유체가 유입되는 제1 유입부, 상기 제1 유입부로 유입된 제1 유체가 유출되는 제1 유출부, 및 상기 제1 유입부로 유입된 제1 유체가 상기 제1 유출부를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공하는 소스 채널 바디를 포함하는, 소스 채널;
    상기 분석 대상을 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도로 포함하는 제2 유체가 유입되는 제2 유입부, 상기 제2 유입부로 유입된 제2 유체가 유출되는 제2 유출부, 및 상기 제2 유입부로 유입된 제2 유체가 상기 제2 유출부를 향하여 유동되는 유동 경로를 제공하는 싱크 채널 바디를 포함하는, 싱크 채널;
    상기 소스 채널 바디와 상기 싱크 채널 바디의 유동 경로 사이에 배치되되, 상기 소스 채널 바디의 제1 농도와 상기 싱크 채널 바디의 제2 농도 간의 농도 차이에 의해, 상기 분석 대상이 이동 검출되는, 검출 채널; 및
    상기 소스 채널의 제1 유입부와 상기 싱크 채널의 제2 유입부를 연통시키는 제1 압력 균형 채널 및 상기 소스 채널의 제1 유출부와 상기 싱크 채널의 제2 유출부를 연통시키는 제2 압력 균형 채널 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는, 압력 균형 채널로 구성된, 농도 구배 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유체의 압력 또는 상기 제2 유체의 압력 중에서 적어도 어느 하나의 유체의 압력 변화가 발생되는 경우,
    상기 압력 균형 채널에는, 상기 유체의 압력 변화의 양이 줄어들도록 상기 유체의 압력 변화에 상응하는 유동이 발생되는, 농도 구배 소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 압력 균형 채널이 상기 제1 압력 균형 채널을 포함하고,
    상기 소스 채널의 제1 유입부 또는 상기 싱크 채널의 제2 유입부 중에서 적어도 어느 하나의 유입부에서 유체 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 제1 압력 균형 채널에는 상기 유체 압력 변화의 양이 줄어들도록 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동이 발생되고,
    상기 압력 균형 채널이 상기 제2 압력 균형 채널을 포함하고,
    상기 소스 채널의 제1 유출부 또는 상기 싱크 채널의 제2 유출부 중에서 적어도 어느 하나의 유출부에서 유체 압력 변화가 발생되는 경우, 상기 제2 압력 균형 채널에는 상기 유체 압력 변화의 양이 줄어들도록 상기 유체 압력 변화에 상응하는 유동이 발생되는, 농도 구배 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 압력 균형 채널 내부의 저항은, 상기 소스 채널 및 상기 싱크 채널 내부의 저항보다 작은, 농도 구배 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분석 대상이 상기 소스 채널 바디에서 상기 싱크 채널 바디로 유동되는 경우,
    상기 검출 채널의 폭 방향을 따라, 상기 분석 대상의 농도가 미리 정해진 범위의 선형성을 가지며 분포되는, 농도 구배 소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 검출 채널은, 생체 물질이 유입되는 제3 유입부, 상기 제3 유입부로 유입된 생체 물질이 유출되는 제3 유출부, 및 상기 제3 유입부로 유입된 생체 물질이 상기 제3 유출부를 향해 유동되는 유동 경로를 제공하는 검출 채널 바디로 구성되고,
    상기 생체 물질이 상기 제3 유입부를 통해 유입되고, 상기 검출 채널 바디가 상기 생체 물질로 채워진 경우,
    상기 제3 유입부 및 상기 제3 유출부는 폐쇄되는, 농도 구배 소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 소스 채널 바디와 상기 싱크 채널 바디는, 상기 검출 채널 바디를 사이에 두고 병렬로 배치되는, 농도 구배 소자.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 생체 물질은,
    생체를 구성하는 세포 및 조직 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는, 농도 구배 소자.
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